DE3429116C2

DE3429116C2 -

Info

Publication number: DE3429116C2
Application number: DE19843429116
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dr.-Ing. 1000 Berlin De Beck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-08-04
Filing date: 1984-08-04
Publication date: 1990-05-31
Also published as: DE3429116A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur dynamischen Blindleistungskompensation und Symmetrierung für m-phasige Netze ohne Sternpunktleiter mit einem selbstgeführten m-phasigen Blindleistungs- Stromrichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DE 32 43 701 A1 bekannt.

Anstelle der früher üblichen Blindleistungskompensation mit rotierenden Maschinen werden heute im zunehmendem Maße Kompensationseinrichtungen mit Blindleistungsstromrichtern eingesetzt. Dabei wird dem Wechselstromsteller wegen seines einfachen Aufbaus und seines geringen Aufwandes, insbesondere bei großen Leistungen, der Vorzug gegeben. ("Blindleistungskompensation mit Stromrichtern", AEG-Telefunken, Leistungselektronik, Berlin, Sonderheft 4/1982). Ist neben der dynamischen Blindleistungskompensation auch eine Symmetrierung von Lasten (z. B. Drehstromlichtbogenofen) oder Netzen (z. B. Speisung von Einphasen- Bahnnetzen aus Dreiphasen-Landesnetzen) gefordert, wurden bisher nur drei einphasige Wechselstromsteller eingesetzt, weil in den einzelnen Phasen unterschiedliche Kompensationsleistungen geliefert werden müssen. Die in der Fachliteratur (Depenbrock: "Kompensation schnell veränderlicher Blindströme", etz-a, Bd. 98 (1977) Heft 6, Seiten 408 bis 411) vorgeschlagenen einphasigen Vierquadranten-Steller werden wegen des hohen technischen Aufwandes bei großen Leistungen zur Zeit noch nicht eingesetzt.

Die bekannten Regelverfahren setzen als Stellglied drei Wechselstromsteller voraus, die von drei Steuergeräten angesteuert werden (A. Chit, W. Horn, H. Utecht: "Grenzen der dynamischen Wirkungsweise ruhender Blindleistungs-Kompensationseinrichtungen", Technische Mitteilungen AEG-Telefunken 65 (1975) Heft 6, Seiten 205 bis 210 und auch DE 24 14 807 B2).

Die Steuergrößen werden dabei entweder durch phasenweise Anwendung des Steinmetz-Verfahrens oder durch Aufspaltung der Verbraucherströme in Mit- und Gegensystem gebildet. Beide Verfahren haben den Nachteil, daß durch die einphasige Ansteuerung der Wechselstromsteller die relativ große Totzeit des Stellgliedes wirksam wird.

Darüber hinaus besteht die Gefahr einer unerwünschten Verkopplung der drei Strangstrom-Regelkreise, weil eine voneinander unabhängige Verstellung der Stranggasströme wegen des fehlenden Mittelpunktleiters nicht möglich ist.

Es ist durch die DE 29 05 986 A1 ein Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung einer Blindleistung in einen Wechselstromkreis bekannt, bei dem die Leistungswerte im elektrischen System bestimmt und diese zur Bildung eines laufenden akkumulierten Leistungsintegralwertes über die Zeit integriert werden. Dabei sind jedoch die Integrationsgrenzen konstant und an die Periodendauer gebunden. Darunter leidet die Regeldynamik.

Durch das von Depenbrock in dem oben bereits erwähnten Aufsatz "Kompensation schnell veränderlicher Blindströme" a. a. O. angegebene Verfahren wird die Dynamik des Regelvorgangs dadurch verbessert, daß eine gleitende Integration der Regelgrößen vorgenommen wird. Die Kompensation erfolgt über die Erfassung der Wirkleistung.

Mit dem in der eingangs genannten DE 32 43 701 A1 angegebenen Verfahren, auf das sich die Erfindung bezieht, wird dagegen sowohl eine Kompensation über die Augenblickswirk- und -blindleistung als auch eine Symmetrierung der der Scheinleistung überlagerten, mit doppelter Frequenz schwingenden, durch unsymmetrisches Verhalten einer Last (zum Beispiel eines Lichtbogenofens) hervorgerufene Leistungspulsation erreicht. Dort wird auch in diesem Zusammenhang die gesamte Augenblicksblindleistung aller m-Phasen durch Multiplikation der einzelnen, zur jeweiligen Phasenspannung orthogonalen Spannungen mit den entsprechenden Phasenströmen und anschließender Summenbildung der so gewonnenen, einzelnen Augenblicksblindleistungen gebildet. Allerdings geht bei diesem Verfahren in die Regelung störend die Verzerrungsleistung mit ein, die zum Beispiel von Stromrichtern größerer Leistung herrührt. Das Verfahren ist also nur dann sinnvoll anwendbar, wenn diese zusätzlichen Überschwingungen nicht auftreten oder vernachlässigbar sind.

Mit dem in der DE 33 08 560 A1 nachveröffentlichten, aber zum Stand der Technik zu zählenden Verfahren, werden die zuvor genannten Einflüsse der zusätzlichen, störenden Überschwingungen vermieden. Das wird durch folgende Verfahrensschritte erreicht:

1. Die gesamte Augenblicksblindleistung aller m-Phasen wird durch Multiplikation der einzelnen, zur jeweiligen Phasenspannung orthogonalen Spannungen mit den entsprechenden Phasenströmen und anschließender Summenbildung der so gewonnenen, einzelnen Augenblicksblindleistungen gebildet.
2. Die Zeitverläufe der gesamten Augenblicksblindleistung und der gesamten Augenblickswirkleistung werden mittels gleitender Fourieranalyse in ihre Fourierkoeffizienten zerlegt, indem ein Vektor mit netzspannungssynchronen Kosinus- und Sinuszeitfunktionen mit Vielfachen der Netzfrequenz erzeugt und sowohl mit der gesamten Augenblickswirkleistung als auch mit der gesamten Augenblicksblindleistung multipliziert wird, und die so erhaltene Fourierkoeffizienten werden nach gleitender Integration komponentenweise addiert, geglättet und danach jeweils mit den Sollwerten der gesamten Augenblickswirkleistung bzw. der gesamten Augenblicksblindleistung verglichen.
3. Der Zeitverlauf der Stellgröße des m-phasigen Blindleistungsstromrichters wird durch Multiplikation der einzelnen Fourierkoeffizienten der Regelabweichung mit den entsprechenden Sinus und Kosinuszeitfunktionen des Vektors und anschließender Addition gebildet.

Das genannte Verfahren wie auch das Verfahren nach der Erfindung beinhalten eine neuartige Regelstrategie, die auf der von 0. Mohr eingeführten Leistungsdarstellung durch Zeigerdiagramme ("Die Leistungsdarstellung in Ein- und Mehrphasensystemen durch Zeigerdiagramme in: ETZ-A, Bd. 83 (1962) Seiten 253 bis 263) basiert und für sinusförmigen Verlauf von Strom und Spannung gilt.

Die Augenblickswirkleistung eines Einphasennetzes (vgl. DIN 40110, Wechselstromgrößen)

kann danach auch in komplexer Form

mit ϕ _{u 1}, ϕ _{i 1} als Nullphasenwinkel von Spannung und Strom und ϕ₁ = ϕ _{u 1} - ϕ _{i 1} als Phasenverschiebungswinkel der Spannung gegen den Strom geschrieben werden.

Definiert man, im Hinblick auf eine vollständige komplexe Leistungsdarstellung, die Augenblicksblindleistung mit Hilfe des Imaginärteils zu

so kann auch die Augenblicksscheinleistung komplex geschrieben werden.

S _{t 1} = P _{t 1} + j Q _{t 1} = S ₁ + S ₁ ∼ e^{-j 2} ^ω ^t (4)

Wie von Mohr vorgeschlagen, können nun zwei Arten von komplexen Leistungszeigern definiert werden.

S ₁ heißt nach DIN 40110 komplexe Scheinleistung von S ₁ ∼ komplexe Wechselleistung.

Die Größe S ₁ ∼ stellt in komplexer Form die der Scheinleistung S ₁ überlagerte, mit doppelter Frequenz schwingende Leistungspulsation dar. Amplitude und Phasenlage der Leistungspulsation werden durch den Leistungszeiger S ₁ ∼ beschrieben.

Der Vorteil dieser Darstellung ist die problemlose Übertragbarkeit dieser Einphasendarstellung auf m-phasige Netze.

Analog zu der bekannten Zeigerrechnung mit Spannungen und Strömen können nämlich die Summenscheinleistung S und Summenwechselleistung S ∼ eines m-phasigen Netzes durch Addition der komplexen Einzel-Scheinleistungen S _m, S _m ∼ ermittelt werden. Es gilt

Für die Summe der Augenblicksscheinleistung gilt

S _t = S + S ∼ e ^{-j 2} ^ω ^t (6)

P _t + j Q _t = P + j Q + (P∼ + j Q∼)e ^{-j 2} ^ω ^t (7)

Mit dieser Leistungsdarstellung läßt sich die Aufgabe der Blindleistungskompensation und Symmetrierung von m-phasigen Netzen für stationäre Zustände eindeutig formulieren. Ein m-phasiges Netz ist kompensiert und symmetriert, wenn

S _t = P gilt. (8)

Die Zusammenhänge können auch auf nichtstationäre Zustände übertragen werden, wenn Wirk- und Blindleistung z. B. durch gleitende Mittelwertbildung

definiert werden.

Das in der zuvor genannten DE 32 43 701 A1 beschriebene Verfahren ist lediglich geeignet, das Netz bzw. die Last dem Betrage nach zu symmetrieren. Das Stellglied in Form der Blindleistungs- Stromrichters weist dementsprechend auch nur eine Stellmöglichkeit über die Stromrichterventile für die Kombination von Drosselspulen und Kondensatoren auf.

Liegt nun eine nichtlineare unsymmetrische Last vor, wie zum Beispiel ein Lichtbogenofen, so ist der Wechselanteil der Wirk- und Blindleistung unterschiedlich groß. Es ist daher sinnvoll, eine getrennte Verstellung der Wechselanteile von Wirk- und Blindleistung durch den Blindstromrichter vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Blindleistungs-Stromrichters anzugeben, mit dem bei Vorliegen einer nichtlinearen unsymmetrischen Netzbelastung eine vollständige dynamische Symmetrierung und Kompensation der Netzblindleistung erreicht werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie zur Durchführung dieses Verfahrens dienende beispielhafte Anordnungen werden an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Regelschema zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben; die Fig. 2a, 2b und 3 zeigen Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die in einem Meßumformer 4 gemäß Fig. 1 gebildete Augenblickswirkleistung P _t

P _t = u₁₃i₁ + u₂₃i₂ (u _ÿ Phasenspannungen, i _k Strangströme)

und Augenblicksblindleistung Q _t

eines Netzes 1, hervorgerufen durch eine Last oder eines weiteren Netzes 2, sind Meßgrößen, aus denen durch eine gleitende Fourieranalyse die im nichtstationären Fall zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Spektralanteile der Leistungszeitverläufe gebildet werden. Dazu wird in einem Oszillator 51 ein Vektor

F = (cos k ω t, sin k ω t, . . .)

mit netzsynchronen Kosinus- und Sinuszeitfunktionen mit Vielfachen der Netzfrequenz (k = 0, 1, 2, . . .) erzeugt.

Es gilt

Dabei sind mit dem Index c die Kosinusglieder, mit dem Index s die Sinusglieder gekennzeichnet.

Das Gleichglied Q _o wird durch Mittelwertbildung über eine Periode (m = 1) oder eine halbe Periode (m = 2) z. B. nach der Rechenvorschrift

gebildet.

Die durch einen Meßumformer 62 ermittelten zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Kosinus- und Sinusglieder für die Wechselblindleistung Q ^T werden einem mehrkanaligen Filter 7 zwecks Glättung zugeführt. Die Ausgangswerte des Filters 7 werden mit einem Sollwert Q _w ^T verglichen; aus der Regelabweichung wird mittels eines Mehrkanalreglers 8 ein Stellgrößenvektor Δ Q ^T ermittelt.

Entsprechend werden die durch einen weiteren Meßumformer 64 ermittelten zeitabhängigen Fourierkoeffizienten der Kosinus- und Sinusglieder für die Wechselwirkung P ^T einem weiteren mehrkanaligen Filter 7′ zwecks Glättung zugeführt. Die Ausgangswerte des weiteren Filters 7′ werden mit einem Sollwert P _w ^T verglichen; aus der Regelabweichung wird mittels eines weiteren Mehrkanalreglers 8′ ein Stellgrößenvektor Δ P ^T ermittelt.

Der Stellgrößenvektor Δ Q ^T wird einem Meßumformer 9 zugeführt. Dort erfolgt eine Multiplikation der Fourierkoeffizienten des Stellgrößenvektors Δ Q ^T mit den Sinus- und Kosinuszeitfunktionen sowie der Konstanten "1" des im Oszillator 51 erzeugten Vektors F . Das Ergebnis ist mit Δ Q _t bezeichnet.

Eine entsprechende Multiplikation der Fourierkoeffizienten des Stellgrößenvektors Δ P ^T mit den Sinus- und Kosinuszeitfunktionen sowie der Konstanten "1" des Vektors F erfolgt in einem weiteren Meßumformer 9′. Das Ergebnis ist mit Δ P _t bezeichnet.

Die Größe Δ Q _t wird einem Kennlinienglied 12 zugeführt. Das Ausgangssignal bildet das Steuersignal zur zeitabhängigen Verstellung der Gleichspannung eines Kompensationsstromrichters (Blindleistungs-Stromrichter) 3. Die Größe Δ P _t wird ebenfalls einem weiteren Kennlinienglied 11 zugeleitet. Das Ausgangssignal dient zur Verstellung eines Steuerwinkels (Stellgröße) a _p der Ventile des Kompensationsstromrichters 3. Dieser Steuerwinkel α _p wird mit Hilfe eines Steuergerätes 10 eingestellt. Im Falle bekannter Zeitverläufe der Augenblickswirk- und Augenblicksblindleistung P _tL, Q _tL einer nicht gezeigten Last L können diese zur Vorsteuerung des Kompensationsstromrichters 3 zu den Eingangssignalen der Kennlinienglieder 11, 12 addiert werden. Diese Kennlinienglieder 11, 12 sind so ausgelegt, daß die Übertragungsfunktionen des Kompensationsstromrichters 3 in inverser Form in den Regelkreisen wirksam werden.

Ein Stromrichter mit getrennter Verstellmöglichkeit der Wirk- und Blindleistungsanteile ist in Fig. 1, Block 3, dargestellt. Wie die Figur zeigt, verfügt dieser selbstgeführte Blindleistungsstromrichter mit eingeprägter Gleichspannung im Zwischenkreis über zwei Eingangsgrößen. Über die erste, den Steuerwinkel a _p, kann der Wirkstrom im Netz und damit auch die Wechselwirkleistung P∼ und über die zweite, die Blindkomponente des Netzstromes und damit die vom Stromrichter aufgenommene oder abgegebene Blindleistung Q _t sowie die Wechselblindleistung Q∼ beeinflußt werden. Beide Leistungsanteile können über den Betrag der Gleichspannung im Zwischenkreis verstellt werden.

Zur Einstellung der Zwischenkreis-Gleichspannung kann, wie z. B. im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt, ein separater Stromrichter 13 benutzt werden, der als Verstärker arbeitet. Seine abgegebene Wechselspannung wird mit einem Transformator 14 in den Gleichspannungskreis eingekoppelt und somit zur Spannung eines Gleichspannungskondensators 22 addiert.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen in den Ausführungsbeispielen Fig. 2a und 2b dargestellten Gleichspannungskondensator 31 in Stufen verstellbar vorzusehen. In diesem Fall erzeugt der Wechselanteil des Kondensatorstromes, der durch den Wechselanteil des Steuerwinkels entsteht, am Gleichspannungskondensator 31 eine Wechselspannungskomponente, dessen Amplitude über die veränderbare Kapazität in Abhängigkeit von der Last eingestellt werden kann.

Im folgenden sollen die beiden Schaltungsbeispiele von Kompensationsstromrichtern näher erläutert werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a ist ein selbstgeführter Blindleistungsstromrichter 3 mit kapazitivem Abschluß dargestellt, der gemäß der DE-PS 15 13 957 zum Kompensieren und Symmetrieren eines aus dem Netz (Dreiphasennetz) 1 gespeisten weiteren Netzes (Einphasennetz) 2 eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach der DE-PS 15 13 957 ist der Gleichspannungskondensator hier stufenweise verstellbar ausgeführt.

Zur Begrenzung der Stromoberschwingungen und zur besseren Regelbarkeit ist der Blindleistungsstromrichter 3 über Vordrosseln 32 an das Netz 1 geschaltet.

Der Blindleistungsstromrichter 3, der nach derzeitigem Stand der Technik nur zur Kompensation von symmetrischen Lasten eingesetzt wird (vgl. Blindleistungskompensation mit Stromrichtern. In: Leistungselektronik, AEG-Telefunken, Berlin, Sonderheft 4 (1982)), arbeitet erfindungsgemäß als Kompensationsstromrichter, d. h. er wird außer zur Kompensation auch zur Symmetrierung eingesetzt. Ein solcher Betrieb wird praktisch befriedigend erst dadurch ermöglicht, daß der Gleichspannung ein Wechselanteil mit definierter Phasenlage und Amplitude überlagert wird. Im dargestellten Fall müssen dazu die Vordrosseln 32 und der Gleichspannungskondensator 31 in einem vom Laststrom abhängigen Verhältnis eingestellt werden. Eine Anpassung der Kapazität des Gleichspannungskondensators 31 an die Last ist erforderlich und erfolgt durch Zu- und Abschalten von Teilkondensatoren. Die optimale Kondensatorgröße ist dann eingeschaltet, wenn bei gegebener Last bzw. gegebenem Unsymmetriegrad des Netzstromes am Kompensationsstromrichter 3 die dritte Stromoberschwingung ein Minimum ist.

Die Größe der Kapazität darf aber einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, da sonst die notwendige Glättung der Gleichspannung nicht mehr gegeben ist.

Die Regeleinrichtung besteht im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a aus drei parallelen Regelkreisen, deren Istwerte aus dem Augenblickswert der Blindleistung (Augenblicksblindleistung) Q _t gebildet werden. Die Augenblicksblindleistung Q _t wird mit dem Meßumformer 4 gemessen.

Mit einem gleitenden Integrator (Mittelwertbildner) 61 und einem Glättungsglied 71 wird der arithmetische Mittelwert Q _o berechnet. Er ist gleich der Grundschwingungsblindleistung Q _o. Der Istwert _o wird mit dem Sollwert _soll (hier gilt _soll = 0) verglichen. Die Regelabweichung wird auf den Eingang eines Reglers 81 gegeben. Dieser bildet die Stellgröße Δ Q, die einem Summierungspunkt 90 zugeführt wird.

In einem Multiplizierer 52 des zweiten Regelkreises wird die Augenblicksblindleistung Q _t mit der Sinuskomponente des netzsynchronen Oszillators 51 multipliziert, die mit doppelter Netzfrequenz schwingt. Zur Bestimmung des Stellsignals Δ P∼ wird das Ausgangssignal des Multiplizierers 52 in einem weiteren gleitenden Integrator 62 integriert, in einem weiteren Glättungsglied 72 geglättet und mit dem Sollwert P∼_soll = 0 verglichen. Ein weiterer Regler 82 bildet aus der Regelabweichung ein Stellsignal, das in einem weiteren Multiplizierer 92 mit der Sinuskomponente des Oszillators 51 multipliziert wird. Das am Ausgang des weiteren Multiplizierers 92 anstehende Signal Δ P∼ wird mit Δ Q und dem im dritten Regelkreis (Baugruppen 53, 63, 73, 83, 93) gebildeten Stellsignal Δ Q∼ im Summierungspunkt 90 addiert. Als Ergebnis ergibt sich das Stellsignal Δ Q _t. Das Stellsignal Δ Q∼ wird in ähnlicher Weise mit Hilfe der Kosinuskomponente des Oszillators 51 gebildet, wobei diese die doppelte Netzfrequenz aufweist.

Das Summensignal Δ Q _t wird über das weitere Kennlinienglied 11 dem Steuergerät 10 zugeführt. Durch die im zweiten und dritten Regelkreis erzeugten, nach Betrag und Phasenlage geregelten Wechselkomponenten mit doppelter Netzfrequenz werden die Amplituden der Phasenströme des Kompensationsstromrichters 3 so eingestellt, daß sich drei symmetrische, mit der Phasenspannung in Phase liegende Ströme ergeben.

Ist das verfügbare Steuergerät 10 nicht für Steuerwinkelzeitverläufe mit Wechselanteilen doppelter Netzfrequenz geeignet, kann die Rücktransformation der Ausgangssignale der Regler 81, 82, 83 auch über die bekannte Zweiachsen-Dreiachsen Transformation (vgl. DIN 13 321, 1980, Abschnitt 2.2.3) erfolgen.

Die Schaltungsanordnung mit einem solchen linearen Koordinatenwandler ist in Fig. 2b dargestellt. Der Ausgang des Reglers 81 für die symmetrische Blindleistung Δ Q wird auf alle drei Summierungspunkte 97, 98, 99 geführt und mit den Ausgängen eines α,β-Koordinatenwandlers 29 phasenrichtig addiert. Die Summensignale werden über Kennlinienglieder 111, 112, 113 geführt und mit den Eingängen von Zweipuls-Steuergeräten 101, 102, 103 verbunden. Deren Eingangssignale sind bei Verwendung der a,β-Transformation anstelle der Multiplizierer 92, 93 in Fig. 2a zeitveränderliche Gleichgrößen. Das Hinzufügen der Stellsignale des zweiten und dritten Regelkreises zu dem Stellsignal Δ Q für die symmetrische Blindleistung des ersten Regelkreises bewirkt eine Unsymmetrie der Steuerimpulse, die zu den gewünschten unsymmetrischen Netzströmen des Kompensationsstromrichters 3 führt.

Die übrigen Funktionsblöcke und Signalflüsse im Schaltbild nach Fig. 2b sind identisch mit denen in Fig. 2a. Sie brauchen daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert zu werden.

Das Ausführungsbeispiel Fig. 3 zeigt einen Kompensationsstromrichter zur Kompensation der Grundschwingungsblindleistung und der im weiteren Netz 2 vorhandenen n-ten Oberschwingung, wobei dieses weitere Netz 2 aus dem Netz 1 gespeist wird. Die n-te Oberschwingung kann durch unsymmetrische oder nichtlineare Lasten (z. B. Stromrichter) hervorgerufen werden. Zur Kompensation ist ein Kompensationsstromrichter genügend hoher Pulszahl erforderlich. Die Pulszahl eines Kompensationsstromrichters kann mittels eines Mehrstocktransformators 2.0 mit n Sekundärwicklungen erhöht werden. Dazu werden über Vordrosselspulen 2.1 . . . 2. n Sechspuls-Stromrichter-Module 3.1 . . . 3. n selbstgeführter Stromrichter angeschlossen. Die Sechspuls-Stromrichter-Moldule 3.1 . . . 3. n arbeiten auf denselben Gleichspannungskreis, der hier aus dem Gleichspannungskondensator 22, dem Transformator 14 und dem Verstärker 13 besteht.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Augenblickswirkleistung P _t und die Augenblicksblindleistung Q _t im Meßumformer 4 gemessen und in der Regeleinrichtung weiterverarbeitet. Eine Messung und Weiterverarbeitung beider orthogonalen Leistungskomponenten ist nötig, weil im allgemeinsten Fall einer nichtlinearen Last (n-te Oberschwingung n < 2) eine voneinander unabhängige Regelung der orthogonalen Leistungskomponenten Q _t, P _t erforderlich ist. Die Grundschwingungsleistung Q _o = _o wird im Mittelwertbildner 61 ermittelt und im Glättungsglied 70 geglättet, mit dem Sollwert _soll verglichen und die Regelabweichung einem Regler 80 zugeführt. Dieser bildet ein Stellsignal Δ für die Grundschwingungsblindleistung. Das Stellsignal Δ kann nach Fig. 1 direkt zur Einstellung der Kondensator-Gleichspannung verwendet werden. Ist, wie in diesem Ausführungsbeispiel, aber nur eine steuerbare Wechselspannungsquelle, bestehend aus dem Transformator 14, dem Verstärker 13 und dem Gleichspannungskondensator 22 vorhanden, muß die Gleichspannung indirekt über den Steuerwinkel α _p durch Auf- bzw. Entladen des Gleichspannungskondensators 22 eingestellt werden. Durch die Größe der Kondensatorspannung kann die Grundschwingungsblindleistung hochdynamisch beeinflußt werden. Zur Beeinflussung der Gleichspannung bzw. der Grundschwingungsblindleistung dient der erste Regelkreis (Bauelemente 61, 70 und 80).

Die übrigen vier Regelkreise sind zur Ermittlung der vier Stellsignale Δ P _{n, s}, Δ P _{n, c}, Δ Q _{n, s}, Δ Q _{n, c} für die Wechselwirk- und -blindleistung erforderlich.

Die ersten zwei Stellsignale der Sinus- und Kosinuskomponente der Wechselwirkleistung Δ P _{n, s}, Δ P _{n, c} werden mit dem Stellsignal der Grundschwingungsblindleistung Δ addiert, über ein Kennlinienglied 95 geleitet, welches das Übertragungsverhalten des Kompensationsstromrichters in der Wirkleistungsachse in inverser Form berücksichtigt, und anschließend auf den Eingang des Steuergeräts 10 gegeben.

Stehen als Steuergerät 10 keine Sechspuls-Steuergeräte zur Verfügung, die zeitveränderliche Steuergrößen mit n-facher Netzfrequenz verarbeiten können, so müssen, analog zu der Darstellung Fig. 2b, die Multiplizierer 91, 94 durch entsprechende lineare Koordinatenwandler ersetzt werden. Die in diesem Fall erforderlichen Zweipuls-Steuergeräte erhalten dann zeitveränderliche Gleichgrößen ohne Wechselanteil.

Die zwei Stellsignale für die Sinus- und Kosinuskomponenten der Wechselblindleistung Δ Q _{n, s}, Δ Q _{n, c} werden ebenfalls addiert und über einen Kennliniengeber 96 dem Verstärker 13 zugeführt. Der Kennliniengeber 96 bildet das Übertragungsverhalten des Kompensationsstromrichters in inverser Form nach. Der Verstärker 13 verstärkt das Eingangssignal und gibt am Ausgang eine Wechselspannung ab, die proportional der Wechselblindleistung ist und mit dem Transformator 14 in den Gleichspannungskreis des Kompensationsstromrichters eingekoppelt wird.

Zur Ermittlung der Stellsignale Δ P _{n, s}, Δ P _{n, c}, Δ Q _{n, s}, Δ Q _{n, c} wird aus den orthogonalen Leistungskomponenten P _t, Q _t die zu kompensierende Oberschwingung herausgefiltert. Dazu werden die Größen P _t, Q _t in den Multiplizierern 52, 53, 54, 55 mit der Sinus- und Kosinuskomponente mit n-facher Netzfrequenz multipliziert, die im netzsynchron arbeitenden Oszillator 51 erzeugt werden.

Die Ausgangssignale der Multiplizierer 52, 53, 54, 55 werden in den gleitenden Integratoren 62, 63, 64, 65 integriert. Diese Ausgangssignale, die die zeitabhängigen Fourier-Koeffizienten der orthogonalen Leistungskomponenten darstellen, werden in den Filtern 71, 72, 73, 74 geglättet und jeweils einem Soll-Istwert-Vergleich unterzogen. Da die Oberschwingungen beseitigt werden sollen, sind alle Sollwerte auf Null eingestellt. Die sich ergebenden Regelabweichungen werden den Reglern 81, 82, 83, 84 zugeführt. Die Reglerausgänge sind mit den Eingängen der Multiplizierer 91, 92, 93, 94 verbunden.

Die in der Fig. 3 dargestellten fünf Regelkreise arbeiten parallel auf den Kompensationsstromrichter. Die Regelkreise können, wie in Fig. 1 für den allgemeinen Fall dargestellt, durch weitere parallel anzuordnende Regelkreise ergänzt werden.

Claims

1. Verfahren zur dynamischen Blindleistungskompensation und Symmetrierung für m-phasige Netze ohne Sternpunktleiter mit einem selbstgeführten m-phasigen Blindleistungs-Stromrichter (3), dessen Stellgröße aus den Phasenströmen und den Phasenspannungen gebildet wird, wobei die Augenblickswirkleistung (P _t) durch Multiplikation der jeweiligen Phasenspannungen (u₁, u₂, . . . u _m) mit dem entsprechenden Phasenstrom (i₁, i₂, . . . i _m) und anschließender Addition der Augenblickswirkleistungen der m Phasen gewonnen wird, und die gesamte Augenblicksblindleistung (Q _t) aller m Phasen durch Multiplikation der einzelnen, zur jeweiligen Phasenspannung (u₁, u₂, . . . u _m) orthogonalen Spannungen mit dem entsprechenden Phasenstrom (i₁, i₂, . . . i _m) und anschließender Summenbildung der so gewonnenen, einzelnen Augenblicksblindleistungen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

1. bei Verwendung eines Blindleistungs-Stromrichters (3) mit eingeprägter Gleichspannung und getrennten Stellmöglichkeiten für die Wechselwirkleistung, die dem Wechselanteil der Augenblickswirkleistung (P _t) entspricht, und für die Augenblicksblindleistung (Q _t), die sich aus der Wechselblindleistung und der durch die Grundschwingung hervorgerufenen Blindleistung zusammensetzt, als Kompensationsstromrichter die Zeitverläufe der gesamten Augenblicksblindleistung (Q _t) und der gesamten Augenblickswirkleistung (P _t) mittels gleitender Fourieranalyse in ihre Fourier-Koeffizienten zerlegt werden, indem ein Vektor (F), wobei F = (cos k · ω · t, sin k · ω · t, . . .) ist, mit netzspannungssynchronen Kosinus- und Sinuszeitfunktionen mit Vielfachen der Netzfrequenz (k = 0, 1, 2 . . .) erzeugt und sowohl mit der Augenblickswirkleistung (P _t) als auch mit der Augenblicksblindleistung (Q _t) multipliziert wird, die so erhaltenen Fourier-Koeffizienten nach gleitender Integration geglättet, danach jeweils mit den Sollwerten der Augenblickswirkleistung (P _w ^T) bzw. der Augenblicksblindleistung (Q _w ^T) getrennt verglichen und die Regelabweichungen ebenfalls geglättet werden, und
2. die einzelnen geglätteten Fourier-Koeffizienten ( Δ P ^T, Δ Q ^T) der jeweiligen Regelabweichung mit dem netzspannungssynchrone Kosinus- und Sinuszeitfunktionen aufweisenden Vektor (F) multipliziert, in ihrem Zeitverlauf invertiert und dann als Stellgröße ( α _p bzw. α _Q) dem Blindleistungs-Stromrichter (3) zur Steuerung der Wirkleistung als auch der Blindleistung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsstromrichter (3) auch zur Kompensation und Symmetrierung bei zwei aufeinanderfolgenden Netzen (1, 2), welche verschiedene Phasenzahl (m, n) aufweisen, verwendet wird.